畢業(yè)設(shè)計基于AT89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動電路設(shè)計

1、基于at89c51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動電路設(shè)計 引 言國內(nèi)控制器的研究起步較晚，運(yùn)動控制技術(shù)為一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，是一個以自動控制理論和現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，包括許多不同學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域。如電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制理論和微計算機(jī)技術(shù)等，運(yùn)動控制技術(shù)是這些技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體?？傮w上來說，國內(nèi)研究取得很大的進(jìn)步，但無論從控制器還是從控制軟件上來看，與國外相比還是具有一定差距。 傳統(tǒng)上由純電路設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動電路一般較復(fù)雜，成本又高，而且一旦成型就難于修改，可移植性差，難以適應(yīng)一些智能化要求較高的場合。單片機(jī)的普及與應(yīng)用，為步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景，使得以

2、往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實現(xiàn)，將會避免復(fù)雜電路的設(shè)設(shè)計，既降低了硬件成本又提高了控制的靈活性、可靠性及多功能性。本文主要介紹了步進(jìn)電機(jī)的基本原理及at89c51單片機(jī)的性能特點。設(shè)計主要研究了一種基于at89c51單片機(jī)和uln2003驅(qū)動芯片的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)可分為：控制模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊四大部分。其中采用at89c51單片機(jī)作為控制模塊的核心，利用單片機(jī)編程實現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)啟動停止、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、加速減速等功能的基本控制。驅(qū)動模塊由芯片uln2003a驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作；顯示部分由七段led共陰數(shù)碼管組成；人機(jī)互換部分由相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)相應(yīng)

3、的功能。通過實際測試表明本設(shè)計系統(tǒng)的性能優(yōu)于傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實用性強(qiáng)、人機(jī)接口簡單方便、性價比高等特點。目 錄1設(shè)計原理及方案41.1 設(shè)計原理41.2 設(shè)計方案41.2.1 方案一51.2.2 方案二61.2.3 方案比較及選擇72 設(shè)計實現(xiàn)82.1 主要元器件介紹82.1.1 四相六線步進(jìn)電機(jī)的介紹82.1.2 at89c51單片機(jī)芯片介紹102.1.3 uln2003芯片介紹102.1.4 led七段數(shù)碼管介紹112.2 步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動系統(tǒng)電路設(shè)計實現(xiàn)112.2.1 硬件設(shè)計112.2.2 軟件設(shè)計163 電路調(diào)試163.1 軟件的仿真163.2 硬件電路

4、的調(diào)試174 數(shù)據(jù)分析及總結(jié)184.1 測試數(shù)據(jù)及說明184.2 總結(jié)19參考文獻(xiàn)20附錄211設(shè)計原理及方案1.1 設(shè)計原理步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)、交流電機(jī)在常規(guī)下使用。步進(jìn)電機(jī)必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。

5、因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計算機(jī)等許多專業(yè)知識。1.2 設(shè)計方案設(shè)計要求：設(shè)計步進(jìn)電機(jī)控制器硬件電路圖，并使用相應(yīng)的軟件實現(xiàn)硬件和軟件的仿真、調(diào)試。實現(xiàn)功能如下：（1）控制步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；（2）控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速；（3）設(shè)計步進(jìn)電機(jī)的脈沖放大電路，能驅(qū)動相電壓位12v、相電流位為0.4a的步進(jìn)電機(jī)工作；（4）實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)圈數(shù)的預(yù)置；（5）同步顯示步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)及速度。 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的特點，步進(jìn)電機(jī)的控制及驅(qū)動電路系統(tǒng)的設(shè)計可以有不同的方案。系統(tǒng)可以劃分為：控制模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊及電源電路五大部分，如圖1步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動系統(tǒng)圖所示。為實現(xiàn)各

6、模塊的功能，分別對兩種不同的設(shè)計方案分別進(jìn)行論證及比較，最終確定一個最優(yōu)方案?？刂颇K人機(jī)交互模塊驅(qū)動模塊顯示模塊電源步進(jìn)電機(jī)圖1 步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動系統(tǒng)圖1.2.1 方案一方案一：基于fpga的步進(jìn)電機(jī)控制器及驅(qū)動的電路設(shè)計。整個系統(tǒng)分為五個部分組成:fpga系統(tǒng)中央控制器、驅(qū)動電路及步進(jìn)電機(jī)、光電編碼器、鍵盤輸入液晶顯示部分、以及電源電路組成，如圖2所示。此方案是用基于fpga的系統(tǒng)中央控制器產(chǎn)生的pwm環(huán)形脈沖信號經(jīng)過驅(qū)動電路的信號分配以及功率放大傳送給步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的角位置或直線位移控制。鍵盤用于設(shè)定給定轉(zhuǎn)速、位置。采用光電編碼器對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置進(jìn)行采樣檢測實現(xiàn)閉環(huán)控制。以

7、上過程中的多個變量、參數(shù)可以在液晶顯示屏上得到直觀地反映。鍵盤輸入及液晶顯示部分fpga系統(tǒng)中央控制器光電編碼器驅(qū)動電路及步進(jìn)電機(jī)電源電路給定轉(zhuǎn)速、位置轉(zhuǎn)速位置顯示讀取采樣結(jié)果給定pwm方波信號檢測轉(zhuǎn)速、位置 圖2 基于fpga的步進(jìn)電機(jī)控制器及驅(qū)動系統(tǒng)圖（1）控制器模塊采用fpga為系統(tǒng)的控制器，fpga可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。 fpga采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。通過輸入模塊將參數(shù)輸入給fpga，fpga通過程序設(shè)計控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動，但是由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的時間

8、要求不高，fpga的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。（2）驅(qū)動模塊電路結(jié)構(gòu)設(shè)計需要脈沖信號、信號分配、功率放大三部分組成?？刂颇K產(chǎn)生一個脈沖序列和方向控制信號，使用脈沖分配器將脈沖序列分解形成四相正反相序，然后經(jīng)功率放大驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。使用多個功率放大器件驅(qū)動電機(jī)，通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對四路信號分別進(jìn)行放大，放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時運(yùn)行起來會不穩(wěn)定，而且電

9、路的制作也比較復(fù)雜，參數(shù)選擇困難，且需要多級放大，同時又要考慮功率的放大。（3）顯示模塊采用液晶顯示器。液晶顯示器不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線和漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本顯示等功能，并具有功耗小、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點。但設(shè)計僅需顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和所轉(zhuǎn)圈數(shù)，該方案雖然顯示直觀，但能實現(xiàn)更多的顯示的特點不能很好的發(fā)揮，并且器件昂貴。 （4）人機(jī)交互模塊采用4乘4矩陣鍵盤，查詢工作方式。該方案程序復(fù)雜，但在同樣多的i/o口線條件下，行列式鍵盤能帶更多的按鍵，查詢工作方式也不用另接門電路。軟件雖然較難但電路較簡單。1.2.2 方案二方案二：基于at89c

10、51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動電路設(shè)計。整個系統(tǒng)可分為：at89c51單片機(jī)系統(tǒng)控制器、驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示、按鍵輸入模塊及電源電路五大部分，如圖2.9所示。本設(shè)計方案采用at89c51單片機(jī)作為控制模塊的核心，利用軟件編程使單片機(jī)輸出脈沖序列和方向控制信號，以此實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)啟動停止、正反轉(zhuǎn)、加減速的控制。驅(qū)動電路部分由芯片uln2003a和必要的外圍電路組成，單片機(jī)產(chǎn)生的信號經(jīng)驅(qū)動電路使其功率放大，達(dá)到電機(jī)所需的驅(qū)動電壓和電流由此驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。由七段led共陰數(shù)碼管實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)預(yù)置圈數(shù)和所轉(zhuǎn)圈數(shù)的同步顯示。用相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)預(yù)置圈數(shù)設(shè)置和清零的功能。at89c51單片機(jī)系統(tǒng)控制器按鍵輸入

11、電源電路驅(qū)動電路數(shù)碼管顯示預(yù)置數(shù)控制清零脈沖序列方向控制信號步進(jìn)電機(jī)功率放大信號同步顯示圈數(shù)及轉(zhuǎn)速圖3 基于at89c51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動系統(tǒng)圖（1）控制模塊采用at89c51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心。利用單片機(jī)編程產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需脈沖序列和方向控制信號。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)、軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低，且可對其進(jìn)行擴(kuò)展，附帶顯示設(shè)備，鍵盤輸入等設(shè)備，使用方便。還可通過軟件編程實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的位置、速度預(yù)設(shè)及顯示。步進(jìn)電機(jī)位置和速度實際上跟單片機(jī)產(chǎn)生脈沖的個數(shù)和脈沖頻率是一一對應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。并且，

12、由于單片機(jī)芯片引腳少，軟硬件連接簡便靈活，硬件容易實現(xiàn)。（2）驅(qū)動模塊直接采用uln2003芯片進(jìn)行功率放大。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是達(dá)林頓的，專門用來驅(qū)動繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。uln2003的輸出端允許通過ic電流200ma，飽和壓降vce約1v左右，耐壓bvceo約為36v。輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器(ssr)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。uln2003芯片自身功耗小、 驅(qū)動能力強(qiáng)、可靠穩(wěn)定、體積小、使用方便、價格不高、50v/0.5a以下的電路均可使用。（3）顯示模塊采用led七

13、段共陰數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示。at89c51單片機(jī)輸出的脈沖序列經(jīng)過上拉電阻驅(qū)動數(shù)碼管顯示。采用數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，硬件電路簡單、編程簡便、顯示信息清晰、器件價格低廉，但占用單片機(jī)i/o口較多。（4）人機(jī)交互模塊采用獨(dú)立式按鍵?？偣苍O(shè)置了15個按鍵，其中四個按鍵分別執(zhí)行對步進(jìn)電機(jī)的啟動/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、加速、減速四種控制功能。四個按鍵不可同時按下，當(dāng)其中一個按下時控制電機(jī)的某一種狀態(tài)。按鍵09完成預(yù)置步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)的功能，剩余一個按鍵實現(xiàn)清零的功能。采用獨(dú)立式按鍵，中斷工作方式。該方案原理易懂，程序簡單，但占用口線較多，軟件較容易，硬件電路較繁瑣。1.2.3 方案比較及選擇方案比較：（1）控制

14、模塊:方案一:是以fpga為系統(tǒng)的控制器。本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的時間要求不高，fpga的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。方案二:采用at89c51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心，軟件編程靈活、自由度大、功耗低、體積小、成本低，芯片引腳少，軟硬件連接簡便靈活，硬件容易實現(xiàn)。（2）驅(qū)動模塊：方案一驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)設(shè)計需要脈沖信號、信號分配、功率放大三部分組成。由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對四路信號分別進(jìn)行放大，放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時運(yùn)行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜

15、，參數(shù)選擇困難，且需要多級放大，同時又要考慮功率的放大。方案二的驅(qū)動模塊直接采用uln2003芯片進(jìn)行功率放大。uln2003芯片自身功耗小、 驅(qū)動能力強(qiáng)、可靠穩(wěn)定、體積小、 使用方便。（3）顯示模塊：由于設(shè)計僅需同步顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和圈數(shù)，方案一采用液晶顯示器，雖然顯示直觀，但能實現(xiàn)更多的顯示的特點不能很好的發(fā)揮，并且器件昂貴。方案二：采用數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示，硬件電路簡單、編程簡便、顯示信息清晰、器件價格低廉。(4)人機(jī)交互模塊：方案一采用4乘4矩陣鍵盤，查詢工作方式，程序復(fù)雜，軟件雖然較難但電路較簡單，價格較貴。方案二采用獨(dú)立式按鍵，中斷工作方式，原理易懂、程序簡單、軟件較容易、硬件電路

16、較繁瑣、價格低廉。方案選擇：綜上所述，通過對兩種方案進(jìn)行分析比較，雖然方案一功能強(qiáng)大，但軟件編程復(fù)雜、硬件實現(xiàn)較困難、器件價格較高；方案二不盡能實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)要求的功能，而且軟件編程靈活、自由度大、硬件實現(xiàn)較容易、元器件性價比較高，因而綜合考慮采用方案二。2 設(shè)計實現(xiàn)2.1 主要元器件介紹2.1.1 四相六線步進(jìn)電機(jī)的介紹步進(jìn)電機(jī)工作原理：該設(shè)計中所用到的步進(jìn)電機(jī)為四相六線步進(jìn)電機(jī)，它是采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。圖3.1是該四相步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。圖4 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開始時，開關(guān)sb接通電源，sa、sc、sd斷開，b相磁

17、極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和c、d相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和d、a相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)sc接通電源，sb、sa、sd斷開時，由于c相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和c相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和a、b相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和a、d相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，a、b、c、d四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著a、b、c、d方向轉(zhuǎn)動。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保

18、持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖3.2中a、b、c所示。圖5 步進(jìn)電機(jī)工作時序波形本設(shè)計中步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)：模組配備的步進(jìn)電機(jī)為25by2406電機(jī)，工作方式為雙極性四相。電機(jī)是種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個脈沖信號，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。 市面上一般的步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示。圖6 步進(jìn)電機(jī)的接線本設(shè)計采用的步進(jìn)電機(jī)是25by2406，因生產(chǎn)廠家不同，其接線也有所不同。

19、電機(jī)共引出四根線，其余兩根線是公共端，經(jīng)測量后可得到其正確的接線順序，表3.1給出了電機(jī)所對應(yīng)的相序。表1 步進(jìn)電機(jī)控制線控制線顏色黑橙棕黃控制線名稱abcd其中，c與d是電機(jī)內(nèi)部一組線圈的兩個抽頭， a與b是另一組線圈的兩個抽頭。只需以一定的順序控制兩組線圈中的電流方向即可使步進(jìn)電機(jī)按指定方向轉(zhuǎn)動。25by2406的主要技術(shù)參數(shù)如下表3.2所示。表2 步進(jìn)電機(jī)25byj1201技術(shù)參數(shù)電壓相電阻步距角啟動轉(zhuǎn)矩（g.cm）啟動頻率（p.p.s）定位轉(zhuǎn)矩（g.cm）512v2015120200482.1.2 at89c51單片機(jī)芯片介紹本設(shè)計采用at89c51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。at89c

20、51單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)中包含運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲器、4個i/o口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。采用hmos制造工藝的mcs-51單片機(jī)都采用40管腳雙列直插式封裝，除采用40腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。40管腳雙列直插式封裝管腳圖如3.4圖所示。圖7 mcs-51系列單片機(jī)管腳圖2.1.3 uln2003芯片介紹uln2003 是高耐壓、大電流、內(nèi)部由七個硅npn 達(dá)林頓管組成的驅(qū)動芯片，如圖3.5所示。經(jīng)常在以下電路中使用，作為：顯示驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、照明燈驅(qū)動、電磁閥驅(qū)動、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動等電路中。圖8 uln2003芯片圖2.1.4 led七

21、段數(shù)碼管介紹本設(shè)計采用六位led共陰數(shù)碼顯示管作為顯示部分，即將每個數(shù)碼管的ag及dp端串聯(lián)在一起，公共端作為位選信號輸入端。如圖3.8所示。圖9 六位led共陰數(shù)碼顯示管圖2.2 步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動系統(tǒng)電路設(shè)計實現(xiàn)2.2.1 硬件設(shè)計根據(jù)之前確定方案及各元器件的功能原理步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動系統(tǒng)的詳細(xì)電路設(shè)計如下：（1）控制模塊采用atmel公司的at89c51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心，如圖3.9所示。圖10 控制模塊硬件電路圖脈沖信號由單片機(jī)產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。信號分配實際上就是按照某一種控制方式（根據(jù)需要進(jìn)行選定）所規(guī)定的順序發(fā)送脈沖序

22、列，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)方向的目的。根據(jù)要求，所設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)八拍通電順序為aabbbcccdddaa。步進(jìn)電機(jī)的方向控制方法是：用單片機(jī)輸出接口的每一位控制一根相繞組。本設(shè)計中，用p3.0，p3.1，p3.2,p3.3分別接至步進(jìn)電機(jī)的a，b，c,d四相繞組。（2）驅(qū)動模塊直接采用uln2003芯片，如圖3.10所示。由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖序列和方向控制信號從p3.0p3.3口輸出，直接送入uln2003芯片進(jìn)行功率放大，達(dá)到步進(jìn)電機(jī)所需的驅(qū)動電流和電壓，以此驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。圖11 驅(qū)動模塊硬件電路圖（3）顯示模塊采用六位led七段共陰數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示，如圖3.11所示。由at89c51單片機(jī)產(chǎn)

23、生的段選信號從p0輸出，經(jīng)過1k左右的上拉排阻驅(qū)動數(shù)碼管顯示，位選信號從p2口輸出直接送數(shù)碼管顯示。采用數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，硬件電路簡單、編程簡便、顯示信息清晰。圖12 顯示模塊硬件電路圖 （4）人機(jī)交互模塊采用獨(dú)立式按鍵，中斷工作方式。總共設(shè)置了15個按鍵，如圖3.12所示，其中四個控制按鍵分別執(zhí)行對步進(jìn)電機(jī)的啟動/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、加速、減速四種控制功能，由單片機(jī)的p3.4p3.7口輸入。四個按鍵不可同時按下，當(dāng)其中一個按下時控制電機(jī)的某一種狀態(tài)。按鍵09完成預(yù)置步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)的功能，剩余一個按鍵實現(xiàn)清零的功能，由單片機(jī)的p1口輸入。采用獨(dú)立式按鍵，原理易懂，軟件編序簡單。圖13 人機(jī)交

24、互模塊硬件電路圖（5）步進(jìn)電機(jī)部分，該設(shè)計中所用到的步進(jìn)電機(jī)為四相六線步進(jìn)電機(jī)，圖14 步進(jìn)電機(jī)部分硬件電路圖2.2.2 軟件設(shè)計綜合以上選取的方案，總的流程如圖3.15所示。整個程序采用c 語言編程，使程序簡單易讀，在整個過程中采用模塊化調(diào)試，可靠性好。詳細(xì)的源程序見附錄。圖15 系統(tǒng)程序流程圖3 電路調(diào)試以上為本作品的設(shè)計過程和結(jié)果的詳細(xì)介紹，但是，從本質(zhì)上來講，都是純理論的設(shè)計和分析。為了驗證作品的可行性，我還做了硬件電路，來對設(shè)計作品中設(shè)計方案的主要功能及其理論進(jìn)行實際驗證。同時，在軟硬件電路的調(diào)試過程，也可以發(fā)現(xiàn)本設(shè)計作品中有沒有一些不足和錯誤的地方。為了能檢驗本畢業(yè)設(shè)計的可行性，并

25、將其質(zhì)量推向一個更高的層次，我們認(rèn)真地設(shè)計了硬件電路，也進(jìn)行了仔細(xì)的功能調(diào)試。3.1 軟件的仿真系統(tǒng)電路軟件仿真的步驟如下：（1）打開protuse仿真軟件；（2）在軟件的元器件庫中選擇所需的器件；（3）按照硬件電路設(shè)計方案連線；（4）加載編譯好的hex文件；（5）運(yùn)行、調(diào)試；（6）如有錯誤或與設(shè)計預(yù)期不相符，則繼續(xù)進(jìn)行步驟35，進(jìn)行調(diào)試，至到調(diào)試成功。系統(tǒng)仿真如圖4.1所示。圖16系統(tǒng)仿真軟件圖3.2 硬件電路的調(diào)試當(dāng)硬件設(shè)計從布線到安裝完成之后，就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體分為以下幾步。（1）排除邏輯故障（2）排除電源故障（3）排除元器件失效（4）脫機(jī)調(diào)試（5）接入單片機(jī)調(diào)試硬件電路調(diào)

26、試如圖4.2所示。圖17硬件電路調(diào)試圖4 數(shù)據(jù)分析及總結(jié)4.1 測試數(shù)據(jù)及說明圈數(shù)測試：在步進(jìn)電機(jī)的機(jī)殼上做一個標(biāo)記，從該標(biāo)記處讓步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)行，對步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行圈數(shù)進(jìn)行記數(shù)，記數(shù)結(jié)果與預(yù)定值及顯示值進(jìn)行比較。預(yù)設(shè)時，第一位置0，不分正反轉(zhuǎn)。因為設(shè)計時，步進(jìn)電機(jī)的步距角以15度為準(zhǔn)，所以需24步為一圈，數(shù)碼管只顯示步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)。測試時，為區(qū)分正反轉(zhuǎn)，設(shè)定首位為零為正轉(zhuǎn)，首位為負(fù)號的為反轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)時測試數(shù)據(jù)如表5.1所示。表3正轉(zhuǎn)時測試數(shù)據(jù)測試次數(shù)123456預(yù)設(shè)值001125000101002128000087004012000023測試值0112500101021280008704012

27、00023反轉(zhuǎn)時測試數(shù)據(jù)如表5.2所示。表4反轉(zhuǎn)時測試數(shù)據(jù)如表測試次數(shù)123456預(yù)設(shè)值001125000101002128000087004012000023測試值-01125-00101-02128-00087-04012-00023測試結(jié)果顯示，電機(jī)在正常運(yùn)行時電機(jī)沒有圈數(shù)誤差，電機(jī)圈數(shù)顯示和實際計數(shù)結(jié)果吻合。從測試數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)值時，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到了對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。步距角測試：隨機(jī)的抽取電機(jī)轉(zhuǎn)動一定的角度，在低頻工作狀態(tài)下記錄電機(jī)的轉(zhuǎn)動步數(shù)，用總角度除以轉(zhuǎn)動步數(shù)，得出步距角。為了便于測量，選取90、180、270、360度，各測三次讀出步距角求平均值。測試結(jié)果如

28、表5.3所示。表5步距角結(jié)果測試表總角度90180270360步 數(shù)6121824根據(jù)測試得到的結(jié)果及公式：總角度/步數(shù)=步距角，得出步距角為15度，與電機(jī)實際參數(shù)相符，電機(jī)運(yùn)行的結(jié)果正常。顯示圈數(shù)的測試：把顯示值和計數(shù)結(jié)果進(jìn)行比較。隨機(jī)的采樣五次比較，比較結(jié)果顯示，顯示的圈數(shù)等于計數(shù)結(jié)果。數(shù)碼管所顯示的結(jié)果為可以信賴的結(jié)果。電機(jī)正反轉(zhuǎn)、加減速測試：通過對步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的切換及加減速控制，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)動狀態(tài)及數(shù)碼管同步顯示，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加減速運(yùn)行狀態(tài)正常。4.2 總結(jié)本系統(tǒng)主要研究了一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動的電路設(shè)計。設(shè)計采用at89c51單片機(jī)作為控制模塊的核心，利用單片機(jī)編程實

29、現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的控制。由單片機(jī)產(chǎn)生的信號經(jīng)uln2003a芯片進(jìn)行功率放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作，同時由數(shù)碼管同步顯示預(yù)置數(shù)和所轉(zhuǎn)圈數(shù)，由相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)預(yù)置圈數(shù)、控制、清零功能。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：（1） 預(yù)設(shè)步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)；（2） 啟動停止、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、加速減速等功能的基本控制；（3） 同步顯示圈數(shù)；（4） 電機(jī)轉(zhuǎn)至預(yù)置圈數(shù)自動停機(jī)；（5） 步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時可以對預(yù)置數(shù)進(jìn)行清零操作。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件部分的優(yōu)勢，編程靈活方便來滿足系統(tǒng)的要求。通過實際測試表明本設(shè)計系統(tǒng)的性能優(yōu)于傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實用性強(qiáng)、人機(jī)接口簡單方便、性價比高等特點。本

30、設(shè)計作品，就是單片機(jī)在智能化儀表方面的具體應(yīng)用，充分體現(xiàn)了單片機(jī)的優(yōu)越之處。本論文，從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計，根據(jù)硬件的工作原理及設(shè)計原理，對設(shè)計的設(shè)計方案做了仔細(xì)的分析和比較，最后確定下來完整可行的解決方案。為了驗證設(shè)計出的系統(tǒng)的功能可靠性和方案的可行性，我們還制作了硬件電路。硬件電路是為了驗證方案原理而設(shè)計的，在調(diào)試過程中，也得到了令人滿意的效果，很好的驗證了設(shè)計方案的可行性。參考文獻(xiàn)1 劉寶廷.步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng)m.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997,1200.2 王曉明. 電動機(jī)的單片機(jī)控制m. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002,50150.3 王福瑞 等.單片機(jī)微機(jī)測控

31、系統(tǒng)設(shè)計大全m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998,6785.4 胡壽松. 自動控制原理m. 北京: 國防工業(yè)出版社,2000,4388.5 楊寧 胡學(xué)軍.單片機(jī)與控制技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005,22175.6 陳隆昌，等.控制電機(jī)（ 第三版）m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2000,3565.7 楊寧 胡學(xué)軍.單片機(jī)與控制技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005,2392.8 馬忠梅，等.單片機(jī)的c語言應(yīng)用程序設(shè)計(第三版)m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003,3472.9 韓全力單片機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用m北京：電子工業(yè)出版社，2004,2167.10譚建成新

32、編電機(jī)控制專用集成電路與應(yīng)用m北京：機(jī)械工業(yè)出版社2005,1597.11donald e thomas, philip r moorby1the verilog hardware description language1netherlands: kluweracademic, 1996.12stein david, chirikjian gregory s.,“experiments in the commutation and motion planning of a spherical stepper motor.”proc.asme int conf.detc.pp.1-7,sept

33、ember 2000.附錄附錄a電路總圖如下電路總圖附錄b 設(shè)計實物圖附錄c源程序如下：#include #define uchar unsigned char/uchar code rst=0xe4,0xc0,0xe0,0xc0,0xe0,0x32; / 復(fù)位代碼 char seg_0=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, /共陰極數(shù)碼管 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;char seg_point=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78, /帶小數(shù)點 0x00

34、,0x10,0x08,0x03,0x46,0x21,0x06,0x0e;int a=0, b=0,c=0x01;unsigned int t,key,x=0,y,z=0,m=0,n;char ge,shi,bai,qian,wan;char age,ashi,abai,aqian,awan;uchar readkey; uchar x_temp,y_temp;/*延時程序*/void delay(char i)char j=0,n=0;for(;ji;j+)for(;n100;n+) /0.5ms延時/*電機(jī)轉(zhuǎn)動程序*/void time0() interrupt 1 /計數(shù)器t0電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) t

35、h0=(65536-t)/256; tl0=(65536-t)%256; if(b) /判斷方向if(z/4x|x=0) /判斷步數(shù)是否與設(shè)置相符，或者沒有設(shè)置步數(shù)，則繼續(xù)運(yùn)行 if(a) /是否停止 if(c&0x08) c=0x01; z+;elsec=1;p3=c; else z=0; else if(z/4=x) a=0; / 當(dāng)電機(jī)達(dá)到預(yù)置數(shù)停止時 置a=0； else if(z/4=1;p3=c;else z=0; else if(z/4=x) a=0; /同上 /*數(shù)碼管顯示程序*/void time1() interrupt 3 /計數(shù)器t1 數(shù)碼顯示 th1=0xd8; tl

36、1=0xef; if(a) p2=0xfe;/個位選通 p0=seg_0ge;/delay(5);/p2=0xfd;/十位 p0=seg_0shi;delay(5); p2=0xfb;/ 百位 p0=seg_0bai;delay(5);/ p2=0xf7;/千位 p0=seg_0qian;delay(5);/p2=0xef;/萬位 p0=seg_0wan;delay(5);if(b=0)/方向顯示 p2=0xdf; p0=0x40;else /顯示鍵盤 p2=0xfe; p0=seg_0age; delay(5); p2=0xfd; p0=seg_0ashi; delay(5); p2=0xf

37、b; p0=seg_0abai; delay(5); p2=0xf7; p0=seg_0aqian; delay(5); p2=0xef; p0=seg_0awan; delay(5); /*鍵盤掃描程序*/void key_scan(void) p1=0x0f;x_temp=p1&0x0f;if(x_temp!=0x0f) p1=0xf0;y_temp=p1&0xf0;readkey=x_temp|y_temp;readkey=readkey;x+;switch(readkey) case 0x11:key=0; break;case 0x21:key=1; break;case 0x41:

38、key=2;break;case 0x81:key=3; break;case 0x12:key=4;break;case 0x22:key=5;break;case 0x42:key=6; break;case 0x82:key=7; break;case 0x14:key=8; break;case 0x24:key=9; break;case 0x44:key=10;break;case 0x84:key=11;break;case 0x18:key=12;break;case 0x28:key=13;break;case 0x48:key=14;break;case 0x88:key=

39、15;break;default: key=16;break; /* 主程序*/main()int i;int j; t=30000;th0=(65536-t)/256;tl0=(65536-t)%256;tmod=0x11;tr0=0x01;tf0=0x00;pt0=0;et0=0x01;th1=0xd8;tl1=0xef;tr1=0x01;tf1=0x00;pt1=1;et1=0x01;ea=0x01;p3=0x01;p2=0xfe;key=0;while(1)/圈數(shù)計算j=z/4;i=j;ge=i%10;i=j/10;shi=i%10;i=j/100;bai=i%10;i=j/1000;

40、qian=i%10;i=j/10000;wan=i%10;/鍵盤顯示值計算p1=0x0f;if(p1!=0x0f&a=0)/電機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)則鍵盤有效 if(p1!=0x0f&a=0) key_scan(); if(key=15) /清零 age=0; ashi=0; abai=0; aqian=0; awan=0; x=0; m=0; / (*(void (*)()(rst)(); / 將rst數(shù)組當(dāng)函數(shù)調(diào)用 產(chǎn)生復(fù)位效果(已經(jīng)屏蔽) else if(m6553) /鍵盤設(shè)定值要小于65535 m=m*10+key;age=m%10;n=m/10;ashi=n%10;n=m/100;abai=n%

41、10;n=m/1000;aqian=n%10;n=m/10000;awan=n%10;x=m; while(p1!=0xf0);while(p3_7) /開關(guān)while(p3_7); a=a;while(p3_6) /方向while(p3_6); b=b;while(p3_5) /減速 while(p3_5);/ t值最大為65535if(t=20000) t=t-10000; g an employment tribunal claiemployment tribunals sort out disagreements between employers and employees.you

42、may need to make a claim to an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly.for more information about dismissal and unfair dismissal, seedismissal.you can make

43、a claim to an employment tribunal, even if you haventappealedagainst the disciplinary action your employer has taken against you. however, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal.remember that in most cases you must make an

44、application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. if your application is received after this time limit, the tribunal will not usually accept i.if you are worried about how the time limits apply to you, take advice from one of th

45、e organisations listed underfurther help.employment tribunals are less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation.most people find making a claim to an employment tribunal challenging. if you are thinking about makin

46、g a claim to an employment tribunal, you should get help straight away from one of the organisations listed underfurther help.if you are being represented by a solicitor at the tribunal, they may ask you to sign an agreement where you pay their fee out of your compensation if you win the case. this

47、is known as adamages-based agreement. in england and wales, your solicitor cant charge you more than 35% of your compensation if you win the case.if you are thinking about signing up for a damages-based agreement, you should make sure youre clear about the terms of the agreement. it might be best to

48、 get advice from an experienced adviser, for example, at a citizens advice bureau. to find your nearest cab, including those that give advice by e-mail, click onnearest cab.for more information about making a claim to an employment tribunal, seeemployment tribunals.the (lack of) air up there watch m

49、cayman islands-based webb, the head of fifas anti-racism taskforce, is in london for the football associations 150th anniversary celebrations and will attend citys premier league match at chelsea on sunday.i am going to be at the match tomorrow and i have asked to meet yaya toure, he told bbc sport.

50、for me its about how he felt and i would like to speak to him first to find out what his experience was.uefa hasopened disciplinary proceedings against cskafor the racist behaviour of their fans duringcitys 2-1 win.michel platini, president of european footballs governing body, has also ordered an i

51、mmediate investigation into the referees actions.cska said they were surprised and disappointed by toures complaint. in a statement the russian side added: we found no racist insults from fans of cska.age has reached the end of the beginning of a word. may be guilty in his seems to passing a lot of

52、different life became the appearance of the same day; may be back in the past, to oneself the paranoid weird belief disillusionment, these days, my mind has been very messy, in my mind constantly. always feel oneself should go to do something, or write something. twenty years of life trajectory deeply shallow, suddenly feel something, do it.一字開頭的年齡已經(jīng)到了尾聲?；蛟S是愧疚于自己似乎把轉(zhuǎn)瞬即逝的很多個不同的日子過成了同一天的樣子；或許是追溯過去，對自己那些近乎偏執(zhí)的怪異信念的醒悟，這些天以來，思緒一直很凌亂，在腦海中不斷糾纏?？傆X得自己自己似乎應(yīng)該去做點什么，或者寫點什么。二十年的人生軌跡深深淺淺，突然就感覺到